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          光伏系統儲能電池原理及應用

          發布時間:2019-06-26  閱讀量:1389

          儲能電池是太陽能光伏發電系統不可缺少存儲能電能部件,其主要功能是存儲光伏發電系統的電能,并在日照量不足,夜間以及應急狀態下為負載供電。常用的儲能電池有鉛酸蓄電池,堿性蓄電池,鋰電池,超級電容,它們分別應用于不同場合或者產品中,目前應用最廣是鉛酸蓄電池,從19世紀50年代)開發出來至今,已經有160余年的歷史,目前衍生出來很多種類,如富液鉛酸電池、閥控密封鉛酸電池、膠體電池,鉛碳電池等。發展最快的是鋰電池,目前主要有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池(鎳鈷錳酸鋰LiNiCoMn)。


          1、鉛酸蓄電池工作原理,基本結構


          鉛酸電池是用鉛和二氧化鉛作為電池負極和正極活性物質,以稀硫酸為電解質的化學儲能裝置,具有電能轉換效率高、循環壽命長、端電壓高、安全性強、性價比高、安裝維護簡單等特點,目前是各類儲能、應急供電、啟動裝置中首選的化學電源。鉛酸電池的主要構成包括:




          圖1 鉛酸蓄電池主要部件示意圖


          1)極板:正負極板均是以特殊的合金板柵涂敷上活性物質所得,極板在充放電時存儲和釋放能量,確保電池的容量和性能可靠;


          2)隔板:是置放于電池正負極中間的一個隔離介質,防止電池正負極直接接觸而短路的裝置,不同類型的鉛酸電池隔板材質不同,閥控類電池主要以AGM、PE、PVC 為主;


          3)電解液:鉛酸電池的電解液是用蒸餾水配制的稀硫酸,電解液在充放電時起到在正負極間傳輸離子的作用,因而電解液必須要沒有雜質;


          4)容器(電池殼蓋):電池包覆的容器,電解液和極板均在容器內,主要起支撐作用,同時防止內部物質外溢,外部物質進入內部結構污染電池。


          2、鉛酸蓄電池的種類


          鉛酸電池的工作原理就是通過電化學反應,電能和化學能之間相互轉化,電極主要由鉛及其氧化物制成,電解液是硫酸溶液的一種蓄電池。 英語:Lead-acid battery 。放電狀態下,正極主要成分為二氧化鉛,負極主要成分為鉛;充電狀態下,正負極的主要成分均為硫酸鉛。種類較多,應用在光伏儲能系統中,比較多的有三種,富液型鉛酸蓄電池(FLA,flooded lead-acid),閥控式密封鉛酸蓄電池VRLA(Valve-Regulated Lead Acid Battery),鉛碳蓄電池等等。


          2.1、富液型鉛酸蓄電池:


          鉛酸電池的電解液中的硫酸直接參與電池充放電反應過程,傳統鉛酸電池中,電池槽內除去極板、隔板及其他固體組裝部件的剩余空間完全充滿硫酸電解液,電解液處于富余過量狀態,故被稱為“富液式”電池,電池極板完全浸泡在硫酸電解液中。富液式蓄電池頂部有一個能夠通氣而又能夠阻擋液體濺出的蓋子,在使用過程中由于水分的蒸發和分解損失,需要定期將蓋子打開補加蒸餾水及調整電解液密度,所以習慣上被稱為“開口式”蓄電池。


          富液型鉛酸蓄電池特點是價格便宜,壽命長,缺點是需要經常維護。


          2.2、閥控式密封鉛酸蓄電池,又稱免維護電池,分為AGM密封鉛蓄電池和GEL膠體密封鉛蓄電池兩種。


          AGM型電池使用純的硫酸水溶液作電解液,大部分存在于玻璃纖維膜之中,同時極板內部吸有一部分電解液外。AGM式密封鉛蓄電池電解液量少,極板的厚度較厚,活性物質利用率低于開口式電池,因而電池的放電容量比開口式電池要低10%左右。與當今的膠體密封電池相比,其放電容量要小一些。與富液型相同規格蓄電池相比,價格較高,具有以下優點:1.循環充電能力比鉛鈣蓄電池高3倍,具有更長的使用壽命。2.在整個使用壽命周期內具有更高的電容量穩定性。3.低溫性能更可靠。4.降低事故風險,減少環境污染風險(由于酸液100%密封裝)5.維護很簡單,減少深度放電。


          膠體密封鉛蓄電池(即GEL型電池),膠體鉛酸蓄電池是對液態電解質的普通鉛酸蓄電池的改進,用膠體電解液代換了硫酸電解液,在安全性、蓄電量、放電性能和使用壽命等方面較普通電池有所改善。其電解液是由硅溶膠和硫酸配成的,硫酸溶液的濃度比AGM式電池要低,電解液的量比AGM式電池要多,跟富液式電池相當。這種電解質以膠體狀態存在,充滿在隔膜中及正負極之間,硫酸電解液由凝膠包圍著,不會流出電池。


          其優點如下:GEL型膠體電池是電解質凝膠后沒有游離電液,漏酸的機率比前一種電池小得多;其灌注量比稀硫酸多,失水少,所以膠體電池不會因失水造成失效;膠體的灌入增加了隔板的強度,保護了極板,彌補了隔板遇酸收縮的缺陷,使裝配壓力不明顯降低是其具有延長電池壽命的原因之一;膠體填充了隔板與極板之間的空隙,降低了電池的內阻,充電接受能力可因此而改善。所以膠體電池的過放電,恢復能力和低溫充放性能都比AGM型電池優越。



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